Наука о ядерном синтезе
Американские ученые из Национального центра воспламенения, входящего в состав Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL), объявили на этой неделе о крупном прорыве в области ядерного синтеза.
Впервые в истории ученые успешно произвели больше энергии в результате эксперимента по ядерному синтезу, чем энергия лазера, используемая для его питания.
В приведенной выше инфографике мы описываем ядерный синтез и иллюстрируем, как это открытие может проложить путь в будущее для новой формы чистой и устойчивой энергетики.
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез питает Солнце и звезды, где огромные силы сжимают и нагревают водородную плазму примерно до 100 миллионов градусов Цельсия. При этой температуре более легкие частицы сливаются с гелием, выделяя огромное количество энергии.
Ядерный синтез является довольно чистым источником энергии, поскольку он не производит вредных выбросов в атмосферу и образует лишь небольшое количество короткоживущих радиоактивных отходов.
Ученые пытались воспроизвести его на Земле в течение почти 70 лет, используя изотопы водорода — дейтерий и тритий — для питания термоядерных установок.
Поскольку дейтерий содержится в морской воде, а тритий получается путем облучения лития (распространенного элемента, используемого в батареях), доступность этих изотопов означает, что термоядерный синтез может стать основным источником энергии в будущем.
Например, количество дейтерия, присутствующего в одном литре воды, может дать столько же термоядерной энергии, сколько при сгорании 300 литров нефти.
Однако реальная проблема заключается в обеспечении того, чтобы термоядерные электростанции вырабатывали больше энергии, чем они потребляют.
Проблема воспламенения термоядерным синтезом
Воспламенение термоядерным синтезом — это термин, обозначающий реакцию термоядерного синтеза, которая становится самоподдерживающейся, при которой реакция создает больше энергии, чем расходует. До сих пор ученые были способны только на безубыточность.
Национальный центр воспламенения использовал специальную установку под названием термоядерный синтез с инерционным удержанием, которая включает в себя бомбардировку лазерами крошечной гранулы водородной плазмы для достижения термоядерного воспламенения.
Эксперимент LLNL превзошел порог термоядерного синтеза, доставив 2,05 мегаджоулей (МДж) энергии к цели, в результате чего, по данным Министерства энергетики США, выработка энергии термоядерного синтеза составила 3,15 МДж.
Можно ли в ближайшее время коммерциализировать энергию ядерного синтеза?
В последние годы технология fusion привлекает внимание правительств, а также частных компаний, таких как Chevron и Google. По оценкам Bloomberg Intelligence, рынок термоядерного синтеза в конечном итоге будет стоить 40 триллионов долларов.
Помимо производства энергии, ожидается, что термоядерный синтез будет использоваться на других рынках, таких как космические двигатели, морские двигатели, а также медицинское и промышленное тепло.
Однако, по словам директора Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса Кима Будила, пройдут “вероятно, десятилетия”, прежде чем энергия ядерного синтеза будет коммерциализирована.
Во время объявления о прорыве она отметила, что необходимо производить “много-много событий воспламенения термоядерного синтеза в минуту”, а также иметь “надежную систему драйверов”, прежде чем термоядерный синтез сможет быть успешно коммерциализирован.
Источник: https://elements.visualcapitalist.com/science-of-nuclear-fusion/